Ακτίνιο: ένα καλόβολο τζίνι

Μικρό βιογραφικό για το στοιχείο ακτίνιο. Κάθε Κυριακή «Το Βήμα» μάς ταξιδεύει και σε μια άλλη γωνιά του περιοδικού πίνακα.

Βίος και πολιτεία

Πρόκειται για ένα σπάνιο σχετικά στοιχείο, μεταλλικό και αργυρόχρωμο, μαλακό όπως περίπου ο μόλυβδος, πιο γνωστό στους ερευνητές των αντικαρκινικών φαρμάκων εξαιτίας της ραδιενεργού συμπεριφοράς του.

Προτού αναφερθούμε στο πώς μπορεί ο άνθρωπος να χρησιμοποιήσει τις καλές του ιδιότητες ας προσπαθήσουμε να καταλάβουμε τι είναι αυτό που κάνει ένα στοιχείο να είναι ραδιενεργό, να εκπέμπει δηλαδή ακτινοβολίες από τον πυρήνα του και τελικά να μεταμορφώνεται ακόμη και σε ένα άλλο στοιχείο.

Η ρίζα του καλού ή του κακού με τη ραδιενέργεια του πυρήνα βρίσκεται στο ότι στον μικρόκοσμο που τα σύνορά του είναι κάτω από περίπου 100 δισεκατομμυριοστά του μέτρου γίνεται έντονα αισθητή η αρχή της αβεβαιότητας. Το ενδιαφέρον και το παράδοξο για το θέμα μας είναι ότι σύμφωνα με την αρχή αυτή στον μικρόκοσμο τα πάντα κινούνται ακατάπαυστα. Εχουν δηλαδή συνεχώς μια ταχύτητα που ποτέ δεν μηδενίζεται, και μάλιστα όσο περιορίζεται ο χώρος όπου μπορούν να κινούνται τόσο αυξάνεται η ταχύτητά τους (όπως ακριβώς όταν προσπαθείς να πιάσεις μια πεταλούδα στριμώχνοντάς τη στη γωνία, εκείνη ανοίγει και κλείνει τα φτερά της όλο και πιο έντονα). Την ίδια στιγμή πρέπει να υπακούουν σε μιαν αρχή που λέει ότι είναι αδύνατο να συνυπάρξουν περισσότερα από δύο όμοια σωματίδια σε μια μικρή περιοχή του χώρου (αρχή του Pauli). Αν λοιπόν υποχρεωθούν κάποια σωματίδια του μικροκόσμου να συγκατοικήσουν στον ίδιο χώρο, πρέπει να τον μοιραστούν, άρα περιορίζονται, οπότε αυξάνεται η ταχύτητά τους, άρα και η κινητική τους ενέργεια. Οταν λοιπόν αναφερόμαστε στον πυρήνα των ατόμων, καλό είναι να έχουμε στο μυαλό μας μια πολυκατοικία με πολλά διαμερίσματα και ορόφους, η οποία όμως είναι «χτισμένη» μέσα σε μια σφαίρα με ακτίνα μόλις ενός φεμτομέτρου (1Χ10 ^-15 m), δηλαδή ένα εκατομμυριοστό του δισεκατομμυριοστού του μέτρου! Αυτός λοιπόν ο περιορισμός και η αρχή της αβεβαιότητας μας δίνουν τελικά ότι η ενέργεια που είναι αποθηκευμένη μέσα σε έναν πυρήνα είναι περίπου 1 εκατομμύριο φορές μεγαλύτερη από την ενέργεια που παίρνουμε από μια χημική αντίδραση όπως το να κάψουμε λίγο πετρέλαιο. Ο συνωστισμός όμως δημιουργεί ακόμη και στον μικρόκοσμο αναταραχές. Οι πυρήνες που περιέχουν από 40 ως 80 μικροσωματίδια, δηλαδή νετρόνια και πρωτόνια. είναι σταθεροί. Επάνω από τα 80 αρχίζει το οικοδόμημα να… τρέμει. Και πάντα δημιουργείται η εξής απορία: Αφού τα πρωτόνια έχουν όλα το ίδιο φορτίο και ως γνωστόν τα σωματίδια με ίδιο φορτίο απωθούνται, πώς δεν σκορπίζει ο πυρήνας; Η απάντηση είναι ότι υπάρχει κάτι που ονομάζεται ισχυρή πυρηνική δύναμη και όταν όλα αυτά τα πρωτόνια και νετρόνια βρίσκονται σε απειροελάχιστα μικρή απόσταση μεταξύ τους (όχι πέρα από 2 φέμτο) είναι σαν να τα συγκρατούν πολύ ισχυρά ελατήρια. Οσο όμως αυξάνονται, έχουν την τάση να κάνουν τον πυρήνα πιο ασταθή, γιατί αρχίζουν και να απωθούνται λόγω ηλεκτρικών απωστικών δυνάμεων. Υπάρχουν βέβαια ένα ενεργειακό φράγμα και ένα «κόλπο». Μπορούν κάποια σωματίδια όπως τα σωματίδια α (πυρήνες με δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια) ή τα σωματίδια β (ηλεκτρόνια ή ποζιτρόνια), καθώς επίσης ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία-γ (φωτόνια), όπως το αποδεικνύουν και οι εξισώσεις αλλά και η ζωή η ίδια, να διολισθαίνουν μέσα (και όχι επάνω) από το φράγμα και να απομακρύνονται από τον πυρήνα. Αυτές τις εκπομπές τις αναφέρουμε συλλογικά ως ραδιενέργεια. Οσο μεγαλώνει ο ατομικός αριθμός, επάνω από το 80, δηλαδή προχωρούμε προς το τέλος του πίνακα, χαμηλώνει το ύψος του φράγματος και ενεργειακά είναι πιο εύκολο να διασπαστεί ένας μεγάλος πυρήνας και να προκύψει ένα άλλο στοιχείο με ταυτόχρονη «εκπομπή ραδιενέργειας».

Γιατί το είπαν έτσι

Τέσσερα νέα στοιχεία ανακαλύφθηκαν μεταξύ των ετών 1898 και 1900 στη Γαλλία, και συγκεκριμένα στο εργαστήριο του ζεύγους Πιερ και Μαρίας Κιουρί στη Σορβόννη. Διότι τότε η Ευρώπη είχε ακόμη τα πρωτεία στη Χημεία. Ενας στενός φίλος του ζεύγους, ο Αντρέ Ντεμπιέρν (1874-1949), ανακάλυψε το ακτίνιο το 1899, αναλύοντας προσεκτικά και αυτός, όπως και οι Κιουρί, το ορυκτό πισσουρανίτης, και θέλησε να του δώσει ένα όνομα με ελληνική ρίζα. Εντυπωσιάστηκε από τη ζωηρή μπλε ακτινοβολία του, που προκαλείται από την εκπομπή σωματιδίων α όταν αυτά με τη σειρά τους διεγείρουν προσωρινά τα μόρια του αέρα. Κατά την επιστροφή τους στη μόνιμη κατάσταση εκπέμπουν αυτό το μπλε χρώμα που τον έκανε να χρησιμοποιήσει τη δική μας λέξη «ακτίνα» για το όνομα του στοιχείου.

Ατομικός αριθμός: 89

Ατομικό βάρος: 227,0

Σημείο τήξης: 1.047^οC

Σημείο ζέσης: 3.200^οC

Πυκνότητα: 10,06g/cm³

Αριθμός ισοτόπων: 31

Ευτυχώς, προς το παρόν τουλάχιστον, επειδή πρόκειται για ραδιενεργό στοιχείο, δεν είναι καθόλου εύκολο να σε πετύχει εκεί που περπατάς στον δρόμο της πόλης ή στο δάσος αν έχεις βγει με το καλαθάκι σου για μανιτάρια. Παράγεται πιο πολύ μέσα σε αντιδραστήρες και όσοι έρχονται σε επαφή μαζί του πρέπει να φορούν τα κατάλληλα προστατευτικά ρούχα, να το χειρίζονται μέσα σε ειδικούς γυάλινους κλωβούς που έχουν ενσωματωμένα γάντια για να περνάς τα χέρια σου μέσα εκεί και να το μεταφέρουν σε ειδικά δοχεία.

Διότι είναι περίπου 150 φορές πιο ραδιενεργό από το στοιχείο ράδιο εξαιτίας κυρίως της ακτινοβολίας-γ που εκπέμπει. Στα κοιτάσματα του ουρανίου σε έναν τόνο βρίσκεται μόλις ένα δέκατο του γραμμαρίου από το στοιχείο ακτίνιο. Με τον βομβαρδισμό ραδίου-226 με νετρόνια μέσα σε πυρηνικό αντιδραστήρα παράγονται κάποια χιλιοστά του γραμμαρίου. Παράγεται πρώτα ράδιο-227 και αυτό όντας ραδιενεργό με χρόνο ημιζωής 42 λεπτά μεταπίπτει σε ακτίνιο-227. Η αλήθεια είναι ότι υπάρχει και στον φλοιό της Γης από τη διάσπαση του ουρανίου-235.

Είναι γνωστά 31 ισότοπα του ακτινίου και ο κατάλογος αρχίζει από το ακτίνιο-206 και φθάνει ως το ακτίνιο-236. Τα πιο πολλά προκύπτουν με τεχνητό τρόπο στους πυρηνικούς αντιδραστήρες ή με τη βοήθεια της συσκευής κύκλοτρον. Στη φύση θεωρείται ότι μπορεί να βρεθούν ως προϊόντα διάσπασης των πυρήνων άλλων στοιχείων σε κάποια ορυκτά τρία ισότοπα. Το ακτίνιο-227 που έχει τον μεγαλύτερο χρόνο ημιζωής, 21,7 χρόνια, το ακτίνιο-225 με χρόνο ημιζωής 10 ημέρες και το ακτίνιο-228 με 6,15 ημέρες.

Στη βιομηχανία φαρμάκων προσπαθούν να εκμεταλλευθούν τις ιδιότητες ενός άλλου ισοτόπου, του ακτινίου-225, που έχει χρόνο ημιζωής 10 ημέρες.

Δεν είναι κάτι το πρωτοφανές. Ολα τα λεγόμενα ραδιοφάρμακα κάνουν αυτή τη δουλειά. Εισάγονται στον οργανισμό και πηγαίνουν σε συγκεκριμένο σημείο όπου η ακτινοβολία πέφτει επάνω σε έναν συγκεκριμένο στόχο, συνήθως ένα συγκρότημα καρκινικών κυττάρων που έχει αναπτυχθεί εκεί. Μία από τις μεθόδους είναι να εισαχθεί στον οργανισμό ελεγχόμενη ουσία που όταν φθάσει στο στόχο να αρχίσει να ακτινοβολεί σωματίδια-α, τα οποία ναι μεν μπορεί να τα σταματήσει ένα φύλλο χαρτί ή το δέρμα μας αλλά όταν βρεθούν στο εσωτερικό του σώματος μπορούν να καταστρέψουν ό,τι θα είναι δίπλα τους. Μετά τις σχετικά επιτυχημένες δοκιμές με ιώδιο-131 οι ερευνητές προχώρησαν σε δοκιμές με ακτίνιο-225.

Εδώ έχουμε τη χρήση ακτινίου-225 με χρόνο ημιζωής 10 ημέρες, που δίνει ραδιενεργό βισμούθιο-213 με χρόνο ημιζωής 45 λεπτά. Ηδη έχουν προχωρήσει δοκιμές και σε ανθρώπους, σε ασθενείς άνω των 50 ετών που η μόνη τους διέξοδος φαινόταν να είναι η μεταμόσχευση μυελού των οστών αλλά ήταν τόσο επιβαρημένοι ώστε αυτό να μην είναι δυνατόν. Με τη χρήση της λεγόμενης Πλατφόρμας ΑΡΙΤ (Alpha Particle Immuno-Therapy), το ακτίνιο-225 ενσωματώνεται σε μονοκλωνικά αντισώματα και στοχεύει σε καρκινικά κύτταρα που βομβαρδίζονται μέσα στο σώμα του ασθενούς με σωματίδια α βελτιώνοντας την κατάστασή του.

ΒΗΜΑ ΣΤΙΣ ΟΥΣΙΕΣ
Με το στοιχείο αυτό τελειώνει η αφιερωμένη σειρά στα στοιχεία του περιοδικού πίνακα που παίζουν κάποιον ρόλο στη ζωή μας.

Η ανταπόκριση των αναγνωστών από την αρχή ως το τέλος και τα πολυάριθμα μηνύματά τους σε όλη τη διάρκεια της σειράς ήταν τέτοια που μας έπεισαν ότι αξίζει τον κόπο να συνεχίσουμε. Ετσι από την επόμενη Κυριακή αρχίζει μια νέα σειρά, ακόμη πιο ενδιαφέρουσα, με τίτλο: «ΠΕΡΙ-ΟΥΣΙΟ-ΛΟΓΙΟ» που θα αφορά τις χημικές ενώσεις της ζωής μας. Θα παρελάσουν και θα έχουν τη σελίδα τους διάφορες ουσίες που παίζουν ρόλο στον καθημερινό βίο και αξίζει να γνωρίζουμε λίγα πράγματα περισσότερα για αυτές.

Για παράδειγμα, η μελαμίνη, η αμμωνία, ο ζεόλιθος, η κοκαΐνη, η τεστοστερόνη, η νικοτίνη θα είναι μερικές από τις πρώτες που θα παρουσιαστούν.

Μαζί και με άλλες που ίσως θα υποδείξουν και οι αναγνώστες και θα κριθεί ότι έχουν ενδιαφέρον και για τους υπόλοιπους.

Καλή ανάγνωση λοιπόν.